Přepínání Směrování určeno pro velké sítě

Prezentace na téma: "Přepínání Směrování určeno pro velké sítě"— Transkript prezentace:

1 Přepínání Směrování určeno pro velké sítě
velká režie vyměňovaných dat konstrukce směrovacích tabulek vlastního směrování (prohledávání tabulek) Síť tvořena fyzickými spoji propojujícími jednotlivé prvky přepínání: mezistupeň mezi fyzickým přenosem a rozlehlou sítí

2 Stavební prvky Lokální sítě na sdíleném médiu (podrobněji v následující přednášce) omezený počet uzlů (kolize) omezená největší vzdálenost uzlů výkonnost (sdílené médium) Řešení: propojení takovýchto lokálních sítí

3 Přemostění Můstky (bridges) Vlastnosti transparentní propojení sítí
všechen provoz prochází můstkem oddělí sdílené média (kolize se nepřenáší) může mít více jak dvě připojení

4 Backward learning algorithm
Zasílání (forwarding) můstek se „učí“ umístění (vzhledem k připojeným sítím) nasloucháním na médiu – sleduje zdrojové adresy zasílá podle cílové adresy informace „stárne“ (pokud z daného zdroje nevidí po nějakou dobu data, údaj o umístění zapomene – v řádu desítek sekund)

5 Složitější sítě Pomocí můstků lze vytvořit sítě s cykly
Jak v takovém prostředí nalézt správnou cestu (obdoba směrování) Spanning Tree algorithm (výpočet kostry) nezávislý na předchozím backward learning algoritmu

6

7 Výpočet kostry Distribuovaný algoritmus na hledání kostry
robustnost proti výpadkům nevyžaduje centrální organizaci

8 Náčrt algoritmu Cílem je některé porty můstků nepoužívat
Volba kořenového vrcholu stromu (nejnižší adresa) Postupný růst stromu -- nejkratší vzdálenost od kořene (preference mají uzly s nižší adresou, pokud více možností) Nalezené „nejlepší“ cesty (definují aktivní porty můstků) Vypnout všechny ostatní porty

9 Algoritmus – pokračování
Každý můstek posílá periodické zprávy vlastní adresa, adresa kořenového můstku, vzdálenost od kořene Když dostane zprávu od souseda, upraví definici „nejlepší“ cesty preferuje kořen s menší adresou preferuje menší vzdálenosti při stejných vzdálenostech preferuje nižší adresu

10 Algoritmus – inicializace
Na začátku si každý můstek myslí, že je kořenem pošle konfigurační informaci na všechny porty Následně můstky posílají jen „nejlepší“ konfigurace (cesty) přičti 1 k vzdálenosti, pošli na porty kde stále je „nejlepší“ cesta vypni zasílání dat na všech ostatních portech

11 Algoritmus – příklad Formát zprávy: Příklady zpráv jdoucích přes B3
<kořen, vzdálenost ke kořeni, můstek> Příklady zpráv jdoucích přes B3 B3 pošle <B3,0,B3> můstkům B2 a B5 B3 dostane <B2,0,B2> a <B5,0,B5>, přijme B2 coby kořen B3 pošle <B2,1,B3> můstku B5 B3 dostane <B1,1,B2> a <B1,1,B5>, přijme B1 coby kořen B3 chce poslat <B1,2,B2>, ale to není nejlepší cesta B3 dostane znovu <B1,1,B2> a <B1,1,B5> -- stabilita vypne posílání dat na síť A

12 Algoritmus – upřesnění
Informace „stárne“ selhání kořene vede eventuálně k volbě nového kořene Rekonfigurace neprobíhá okamžitě (je tlumena) prevence vzniku dočasných cyklů

13 Přepínače (switches) V principu se jedná o více portové můstky
v současné době nejpoužívanější forma propojení lokálních sítí lze připojovat buď samostatné stroje nebo podsítě (kaskáda přepínačů) Tzv. L2 směrování založeno na adresách sítě, nikoliv IP adresách z IP pohledu uniformní prostředí

14 Omezení Vhodné pouze pro malé sítě Nevhodné pro velké sítě
skutečně funkční „plug and play“ Nevhodné pro velké sítě přepínací tabulky rostou s počtem uzlů (koncových stanic, ne můstků) přílišný automatismus (důsledek „plug and play“ – minimální kontrola nad cestami) netvoří hranice pro broadcastový provoz pomalé – limitováno použitým algoritmem hledání kostry neumožňuje logické oddělení lokálních sítí

15 Přepínání okruhů Dvě fáze: Životnost virtuálního okruhu
vytvoření spojení (okruhu) vlastní přenos dat Životnost virtuálního okruhu permanentní, nastaven administrátorem (PVC) dočasný, vytvořen na žádost (SVC)

16 Kódování pro přenos dat
Data a signál Analogový versus digitální Základní funkce

17 Signál Elektromagnetický signál Analogový a digitální signál – čas
časování frekvence Analogový a digitální signál – čas Spektrum a jeho šířka různé frekvence interval frekvencí

18 Analogový vs. digitální
Nosná veličina spojitá změna diskrétní změna (pulsy) Kódování a dekódování hodnota amplitudy, frekvence, fáze generování a detekce pulsů Defekty přenosový šum, útlum, nelinearity detekovatelné, odfiltrovatelné Zesilování kumulace defektů „pouze“ opakuje signál

19 Defekty signálů Vysílač (P1[W])—> —> —>(P2[W]) Přijímač Útlum
Zmenšení amplitudy signálu 10 log10 (P1/P2) [dB] zesílení – 10 log10 (P2/P1) [dB] Zkreslení různá rychlost průchodu médiem nutná mezera mezi přenášenými symboly

20 Defekty signálů – Šum zeslabení až rušení signálu
kvantifikace SNR (Signal to Noise Ratio) S/NdB = 10 log10 S/N kde S je výkon signálu a N výkon šumu velká SNR výhodou klasifikace šumu přeslech impulsní šum teplotní (bílý) šum

21 Kódování Ovlivnění kvality přijímaného signálu
šířka pásma počet přenášených harmonických složek S/N zvýšená hodnota snižuje chybovost přenosu rychlost dat zvýšená hodnota zvyšuje chybovost přenosu Snaha nalézt optimální kvalitu přijímaného signálu

22 Analogový signál a data
Vlastní signál nosný signál, g(t) většinou sinusový průběh modulační signál, m(t) vlastní kódování (amplituda, frekvence, pásmo) Analogová data s(t) = (c+k m(t) g(t)) – amplitudová modulace Digitální data modulátor-demodulátor (modem) modulační signál ekvivalentem digitálních dat

23 Charakteristiky signálu
Periodicita: s(t+T) = s(t) Frekvence: f = 1/T 1/sec (Hz); počet opakování za sekundu Amplituda: s(t) okamžitá hodnota signálu („síla“) Fáze: Φ míra relativní pozice v čase v rámci periody signálu s(t) = A.sin(2πf t); s(t) = A.sin(2πf t + p), fázový posun

24 Digitální signál a data
Digitální signál – pulsy Analogová data periodické vzorkování analogového signálu (delta t) spojené s kódováním naměřené veličiny do pulsů coder-decoder (codec) Digitální data

25 Digitální přenos Dva diskrétní signály: vysoký-nízký
Non-return to zero, NRZ chybí oddělení mezi jednotlivými stavy pohyb základní linie (baseline wander) desynchronizace hodin (clock recovery) Non-return to zero inverted, NRZI řešení pro 1, problém zůstává pro řetězce 0 Manchester 0 je „low-to-high“, 1 je „high-to-low“

26 Kódovací strategie

27 Digitální přenos II Manchester 4B/5B
snížení efektivní přenosové kapacity 4B/5B 4 bity dat kódovány 5 bity přenesenými nejvýše tři 0 mohou následovat po sobě nejvýše jedna 0 na začátku a dvě 0 na konci vlastní přenos prostřednictvím NRZI počet 1 není důležitý (nejvýše 8)

28 Kódování 4B/5B 4B 5B 4B 5B

29 Bauds vs. bity za sekundu
Baudová rychlost počet změn signálu za sekundu Bitová rychlost počet přenesených bitů za sekundu NRZ: 1bd = 1b Manchester: 2bd = 1b Je možný i opačný poměr, tj. bitová>baudová

30 Digitální data a analogový signál
Modulace amplitudy fáze frekvence nosného signálu. Převod digitálních dat na analogový signál Demodulace

31 Detekce chyb Zjištění chyby
případně i její korekce Založena na redundanci (pošleme více bitů než je nezbytně třeba) vysílač přidá bity, jejichž hodnota je funkcí přenášených dat přijímač spočte stejnou funkci a v případě rozdílu hodnoty detekuje chybu Oprava – opakováním vysílání

32 Parita Paritní bit Detekuje chybu v jednom bitu
lichá parita: lichý počet jedniček sudá parita: sudý počet jedniček Detekuje chybu v jednom bitu vhodné pro bílý šum (náhodné chyby) nevhodné pro blokové (související) chyby Podélná (běžnější) a vertikální parita

33 CRC Cyclic redundancy check zpráva n bitů, přidá se k bitů, n>>k
typicky n=12000 (1500byte), k=32 Zpráva reprezentuje polynom M(x) stupně n-1 k je stupeň vhodného dělícího polynomu C(x) Garantuje silnou kontrolu detekce všech jednobitových chyb možné i všechny dvoubitové chyby většina dávkových chyb

34 CRC II Ke zprávě n+1 bitů (M(x)) se přidá k bitů – P(x)
P(x) musí být beze zbytku dělitelné C(x) Postup: T(x) = M(x)*xk Rem= T(x)/C(x) P(x) = T(x)-Rem Snadná implementovatelnost: XOR a posuv

35 Vlastnosti C(x) Detekuje všechny jednobitové chyby, má-li nenulový první a poslední bit (xk a x0) Detekuje všechny dvojbitové chyby, pokud má alespoň 3 jedničkové koeficienty po sobě Detekuje lichý počet chyb, obsahuje-li x+1 Detekuje skupinu chyb (burst), je-li kratší než k

36 Varianty polynomu C(x)
CRC-8 x8+x2+x+1 CRC-10 x10+x9+x5+x4+x+1 CRC-12 x12+x11+x3+x2+1 CRC-16 x16+x15+x2+1 CRC-CCITT x16+x12+x5+1 CRC-32 x32+x26+x23+x22+x16+x12+ x11+x10+x8+x7+x5+x4+x2+x+1

37 Detekce versus korekce
Počet „zbytečně“ poslaných bitů/znaků Režie spojená s detekčními a korekčními kódy Běžné linky (nízká chybovost) – detekce Linky s vysokou chybovostí (např. bezdrátové) – korekce EC v sítích – Forward error correction, FEC

38 Multiplexory Jeden spoj, více vysílačů/přijímačů
Synchronní – (S)TDM (time division) Frekvenční – FDM (frequency division) Statistický multiplexing

39 Bezdrátové sítě IEEE 802.11 Šířka pásma: 1, 2, 5.5 a 11 Mb/s
radiové vlny kolem 2,4 GHz difúzní infračervené světlo Rozprostřené (spread) pásmo Frequency hopping: 79 pásem 1 MHz n-bit chipping: 11-bitový chipping

40 Bezdrátové sítě – kolize
Pohyb zdrojů viditelnost není transitivní MACA – Multiple Access with Collision Avoidance handshake před vlastními daty Request to Send (RTS) a Clear to Send (CTS) Kdo vidí CTS nesmí vysílat Finální ACK ukončí přenos

41 Bezdrátové sítě – přístup
Ad hoc sítě Organizované sítě – Přístupové body (Access Point) Scanning Uzel pošle Probe Všechny slyšící AP pošlou Probe Response Uzel vybere jeden a pošle Association Request Příslušný AP odpoví Association Response

42 Teorie přenosu dat Míra informace Entropie I(z) = - log p(z)
Méně pravděpodobná zpráva nese více informace Entropie H(z) = - p(z) log p(z) vážené množství informace maximum: Hmax(z) = log n

43 Abeceda Množina m prvků (znaků) Používá se pro kódování zprávy
Je možné definovat apriorní pravděpodobnost výskytu znaku ve zprávě Maximální entropie zprávy délky n Hmax = n log m

44 Kódování Změna mohutnosti abecedy Utajení
Komprese (lepší využití kapacity kanálu) Digitální representace spojitých dat

45 Příklady příkladů písemky
Rozdíl mezi „dense“ a „sparse“ módem při šíření multicastu Popište základní princip CRC Uveďte příklady spojovaných a nespojovaných služeb Čím se liší TCP a UDP? Srovnejte princip přenosu paketů v IP sítích s přenosem buněk v ATM sítích

46 Příklady příkladů písemky
Vyberte si nějaký intradoménový (interdoménový) směrovací protokol a popište jeho vlastnosti V čem vidíte hlavní rozdíl mezi směrováním a přepínáním? Srovnejte přepínání v paketových a ATM sítích Co je CSMA/CD a jaké jsou principy jeho funkce?